Bùn nổi trên bề mặt bể lắng là sự cố thường gặp trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Hiện tượng có thể xuất hiện dưới dạng từng mảng bùn nổi, bông bùn nhỏ lơ lửng hoặc bùn bị cuốn theo nước đầu ra làm tăng TSS.
Tuy nhiên, bùn nổi chỉ là biểu hiện bên ngoài và có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau. Vì vậy, thay vì lập tức tăng sục khí, bổ sung vi sinh, thay đổi lượng bùn hồi lưu hoặc sử dụng hóa chất, cần xác định tình trạng thực tế của bùn và bể lắng trước khi điều chỉnh hệ thống.
Trong hệ thống bùn hoạt tính, hỗn hợp bùn và nước sau quá trình xử lý sinh học được đưa sang bể lắng để tách sinh khối ra khỏi nước. Bông bùn có khả năng lắng tốt sẽ tập trung xuống đáy bể. Một phần bùn được hồi lưu về bể sinh học để duy trì sinh khối, phần bùn dư được đưa ra khỏi hệ thống.
Khi quá trình lắng không ổn định, bùn có thể xuất hiện trên bề mặt hoặc bị cuốn theo nước đầu ra. Tuy nhiên, cần phân biệt hai hiện tượng thường bị gọi chung là bùn nổi.
Trường hợp thứ nhất là bùn ngay từ đầu đã lắng chậm, bông bùn nhẹ, phân tán hoặc lớp bùn chiếm thể tích lớn khiến khả năng tách bùn – nước kém.
Trường hợp thứ hai là bùn ban đầu vẫn lắng xuống nhưng sau một khoảng thời gian lại nổi trở lại bề mặt. Trường hợp này thường liên quan đến khí hình thành trong lớp bùn, điển hình là quá trình khử Nitrat xảy ra trong bể lắng.
Hai hiện tượng có thể tương đối giống nhau khi quan sát trực tiếp nhưng nguyên nhân và hướng xử lý khác nhau. Vì vậy, cần theo dõi quá trình lắng và kết hợp với dữ liệu vận hành trước khi lựa chọn biện pháp điều chỉnh.
Vi khuẩn dạng sợi là một trong các thủ phạm chính gây ra hiện tượng bùn vi sinh nổi
Bùn nổi không phải lúc nào cũng xuất phát từ một nguyên nhân duy nhất. Ngoài đặc tính bùn hoạt tính, điều kiện thủy lực, lượng chất rắn đưa vào bể lắng và chế độ thu – hồi lưu – xả bùn đều có thể ảnh hưởng đến khả năng tách bùn.
Khi nước từ bể sinh học chứa Nitrat đi vào bể lắng, lớp bùn lưu lại trong điều kiện thiếu oxy có thể tạo điều kiện cho quá trình khử Nitrat diễn ra. Nitrat được chuyển hóa và cuối cùng tạo thành khí Nitơ (N₂).
Các bọt khí nhỏ hình thành có thể bám vào bông bùn, làm bùn đã lắng nổi trở lại bề mặt. Hiện tượng này thường được nhận biết khi bùn ban đầu vẫn lắng tương đối tốt nhưng sau một khoảng thời gian bắt đầu nổi lên thành từng mảng, có thể đi kèm các bọt khí nhỏ.
Có thể hình dung cơ chế theo hướng:
NO₃⁻ → Khử Nitrat → N₂↑ → Bọt khí bám vào bông bùn → Bùn nổi
Do đó, nếu bùn lắng tốt lúc đầu nhưng sau đó nổi trở lại, cần ưu tiên kiểm tra khả năng xảy ra quá trình khử Nitrat thay vì kết luận ngay rằng bùn có khả năng lắng kém.
Một trường hợp khác là bản thân bùn hoạt tính không có khả năng lắng tốt. Bông bùn có thể nhẹ, lắng chậm hoặc tạo thành lớp bùn xốp chiếm thể tích lớn, khiến quá trình tách bùn – nước trong bể lắng kém hiệu quả.
Sự phát triển quá mức của vi khuẩn dạng sợi là một trong những nguyên nhân có thể gây bùn nở và làm giảm khả năng lắng, nén của bùn. Khi xảy ra bùn nở, thể tích bùn sau lắng thường tăng trong khi khả năng nén bùn giảm.
Tuy nhiên, khả năng lắng còn chịu ảnh hưởng bởi tải hữu cơ, điều kiện oxy, tuổi bùn, dinh dưỡng, đặc tính nước thải và nhiều yếu tố vận hành khác. Vì vậy, không nên chỉ dựa vào hiện tượng bùn nổi hoặc kết quả SV30 để kết luận nguyên nhân do vi khuẩn dạng sợi.
Cần kết hợp SV30, SVI, đặc tính bông bùn và dữ liệu vận hành để khoanh vùng nguyên nhân.
Không phải trường hợp nào bùn cũng nổi thành từng mảng lớn. Bông bùn nhỏ, phân tán hoặc khó kết tụ có thể lơ lửng trong nước và theo dòng nước ra khỏi bể lắng.
Trong một số trường hợp, hiện tượng xuất hiện nhiều bông bùn rất nhỏ có thể được mô tả là pin floc. Nước sau lắng thường có nhiều cặn nhỏ, độ trong giảm nhưng lớp bùn không nhất thiết xuất hiện hiện tượng nở rõ rệt.
Tình trạng này cần được phân biệt với bùn nở và bùn nổi do khử Nitrat. Việc xác định sai nguyên nhân có thể dẫn đến điều chỉnh lượng bùn, sục khí hoặc hóa chất không phù hợp và làm hệ thống tiếp tục biến động.
Khả năng tách bùn không chỉ phụ thuộc vào đặc tính bông bùn mà còn chịu ảnh hưởng bởi điều kiện thủy lực và lượng chất rắn đưa vào bể lắng.
Khi lưu lượng nước tăng cao hoặc dòng nước phân phối không đều, bùn có thể chưa đủ thời gian lắng đã bị cuốn theo dòng nước. Hiện tượng thường rõ hơn vào các thời điểm lưu lượng tăng đột ngột hoặc bể điều hòa không kiểm soát tốt lưu lượng chuyển tiếp.
Bên cạnh tải thủy lực, lượng chất rắn đưa vào bể lắng cũng cần được xem xét. Khi MLSS cao kết hợp với lưu lượng lớn, lượng chất rắn đưa sang bể lắng tăng lên, làm tăng yêu cầu lắng và nén bùn. Nếu vượt khả năng đáp ứng của bể, lớp bùn có thể dâng cao và chất rắn bị cuốn theo nước đầu ra.
Vì vậy, khi sự cố xuất hiện vào thời điểm lưu lượng hoặc MLSS tăng cao trong khi khả năng lắng của bùn không thay đổi đáng kể, cần kiểm tra tải thực tế của bể lắng thay vì chỉ tập trung điều chỉnh hệ vi sinh.
Bùn sau khi lắng xuống đáy cần được lấy ra với chế độ phù hợp. Nếu bùn tích tụ nhiều và không được thu hồi kịp thời, chiều cao lớp bùn đáy tăng lên và thời gian bùn lưu trong bể lắng kéo dài. Điều này có thể làm tăng nguy cơ thất thoát bùn hoặc tạo điều kiện cho bùn nổi trở lại.
Lưu lượng bùn hồi lưu ảnh hưởng đến khả năng lấy bùn ra khỏi đáy bể lắng và duy trì lớp bùn ở mức phù hợp. Trong khi đó, lượng bùn dư được xả ảnh hưởng đến lượng sinh khối và tuổi bùn của toàn hệ thống.
Vì vậy, hồi lưu và xả bùn cần được xem xét theo trạng thái thực tế của hệ thống thay vì tăng hoặc giảm đồng thời ngay khi xuất hiện bùn nổi.
Lựa chọn loại hóa chất và liều lượng phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả
Khi phát hiện bùn nổi, bước đầu tiên không phải là điều chỉnh thiết bị mà là xác định bùn đang nổi theo cơ chế nào.
Trước tiên, cần quan sát trực tiếp bể lắng: bùn nổi ngay hay sau một khoảng thời gian, nổi thành mảng hay các bông nhỏ, có bọt khí đi kèm hay không, nước đầu ra có kéo theo bùn và lớp bùn dưới đáy đang ở mức nào.
Tiếp theo có thể thực hiện thử lắng SV30 đối với mẫu bùn lấy từ bể sinh học. Ngoài thể tích bùn sau 30 phút, nên quan sát cả tốc độ lắng, ranh giới giữa bùn và nước, độ trong của phần nước phía trên, cấu trúc bông bùn và bùn có nổi trở lại sau khi đã lắng hay không.
Từ kết quả quan sát ban đầu, tiếp tục kiểm tra các thông số phù hợp như SVI, MLSS, DO, Nitrat, lưu lượng nước thải, lượng bùn hồi lưu và lượng bùn dư đang xả. Đồng thời cần kiểm tra chiều cao lớp bùn trong bể lắng, dòng nước vào, máng thu nước và khả năng lấy bùn đáy.
Một số dấu hiệu có thể giúp khoanh vùng nguyên nhân:
|
Hiện tượng quan sát |
Hướng ưu tiên kiểm tra |
|
Bùn lắng xuống rồi nổi trở lại, có bọt khí |
Quá trình khử Nitrat |
|
Bùn lắng chậm, lớp bùn xốp và chiếm thể tích lớn |
Khả năng lắng của bùn |
|
Bông bùn nhỏ, nước sau lắng đục |
Tình trạng hình thành bông bùn |
|
Bùn bị cuốn ra ngoài khi lưu lượng tăng |
Tải thủy lực và phân phối dòng |
|
Lớp bùn đáy cao bất thường |
Thu bùn, hồi lưu và xả bùn |
Các dấu hiệu trên chỉ giúp định hướng kiểm tra. Cần kết hợp hiện tượng thực tế với dữ liệu vận hành trước khi xác định nguyên nhân và thay đổi hệ thống.
Khi bùn nổi làm tăng lượng cặn hoặc gây thất thoát bùn theo nước đầu ra, cần hạn chế tình trạng mất sinh khối và ổn định hoạt động của bể lắng. Sau đó, hướng điều chỉnh phải dựa trên nguyên nhân đã xác định thay vì áp dụng một giải pháp chung cho mọi trường hợp.
Hướng xử lý cần tập trung vào việc hạn chế bùn lưu quá lâu trong bể lắng. Cần duy trì lớp bùn đáy ở mức phù hợp và điều chỉnh chế độ lấy, hồi lưu bùn để tránh bùn tích tụ kéo dài.
Bên cạnh đó, cần xem xét quá trình xử lý Nitơ tại các công đoạn phía trước. Mục tiêu không phải ngăn quá trình khử Nitrat mà là tạo điều kiện để quá trình này diễn ra tại công đoạn được thiết kế cho mục đích đó, thay vì xảy ra trong bể lắng và làm bùn nổi trở lại.
Hướng xử lý phụ thuộc vào yếu tố đang làm giảm khả năng lắng của bùn. Nếu liên quan đến điều kiện oxy, tải hữu cơ hoặc tuổi bùn, các thông số tương ứng cần được điều chỉnh từng bước và theo dõi phản ứng của hệ vi sinh.
Trường hợp xác định có sự phát triển quá mức của vi khuẩn dạng sợi, cần ưu tiên xử lý điều kiện tạo thuận lợi cho chúng phát triển. Việc bổ sung vi sinh hoặc tăng sục khí không nên được áp dụng như giải pháp mặc định khi chưa xác định rõ nguyên nhân.
Với bông bùn nhỏ, hướng điều chỉnh cần tập trung vào việc phục hồi điều kiện hình thành bông bùn ổn định. Chế độ duy trì và xả sinh khối cần được điều chỉnh phù hợp, tránh thay đổi lượng bùn quá nhanh khiến hệ thống tiếp tục biến động.
Nếu tình trạng xuất hiện sau một thay đổi lớn về lưu lượng hoặc tải lượng nước đầu vào, cần đồng thời ổn định nguồn nước thải trước khi đánh giá hiệu quả điều chỉnh tại bể sinh học.
Trong trường hợp này, tác động vào hệ vi sinh thường không giải quyết được nguyên nhân chính. Hướng xử lý cần tập trung vào việc ổn định dòng nước đi qua bể lắng.
Có thể xem xét chế độ vận hành bể điều hòa, bơm chuyển tiếp, phân phối nước đầu vào và máng thu nước để hạn chế lưu lượng tăng đột ngột hoặc dòng chảy không đều. Nếu lưu lượng thực tế thường xuyên vượt khả năng của bể lắng, cần đánh giá lại khả năng đáp ứng của công trình thay vì chỉ điều chỉnh vận hành.
Khi lớp bùn đáy tăng cao, cần đảm bảo hệ thống thu bùn hoạt động bình thường và điều chỉnh chế độ hồi lưu – xả bùn phù hợp với lượng sinh khối thực tế.
Mục tiêu là hạn chế bùn nằm quá lâu trong bể lắng nhưng vẫn duy trì đủ sinh khối cần thiết cho quá trình xử lý sinh học. Vì vậy, không nên tăng mạnh lượng xả bùn chỉ với mục đích làm giảm nhanh lớp bùn đáy mà không xem xét trạng thái chung của hệ thống.
Trong một số trường hợp, PAC hoặc polymer có thể được xem xét như biện pháp hỗ trợ khả năng tách bùn. Tuy nhiên, hóa chất không thay thế việc xử lý nguyên nhân. Nếu sự cố xuất phát từ khử Nitrat, quá tải thủy lực hoặc chế độ hồi lưu – xả bùn, việc chỉ sử dụng hóa chất có thể làm bùn tách tốt hơn trong thời gian ngắn nhưng không ngăn được tình trạng tái diễn. Khi cần sử dụng hóa chất hỗ trợ, nên thử nghiệm để xác định mức sử dụng phù hợp trước khi áp dụng cho hệ thống thực tế.
Khi xuất hiện bùn nổi, không nên đồng thời tăng sục khí, bổ sung vi sinh, thay đổi lượng bùn hồi lưu – xả bùn và sử dụng hóa chất. Việc điều chỉnh nhiều yếu tố cùng lúc có thể khiến hệ thống biến động và khó xác định biện pháp nào thực sự tạo ra thay đổi.
Tương tự, PAC hoặc polymer chỉ nên được xem là giải pháp hỗ trợ trong những trường hợp phù hợp, không thay thế việc xác định nguyên nhân. Trình tự nên áp dụng là quan sát hiện tượng, kiểm tra các thông số liên quan, xác định nguyên nhân, điều chỉnh từng bước và tiếp tục theo dõi kết quả.
Bùn nổi trong bể lắng sinh học có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân như khử Nitrat, khả năng lắng của bùn suy giảm, bông bùn nhỏ, tải thủy lực hoặc chế độ hồi lưu – xả bùn chưa phù hợp. Vì vậy, cùng một biểu hiện bùn nổi nhưng hướng xử lý có thể hoàn toàn khác nhau.
Thay vì điều chỉnh hệ thống theo kinh nghiệm ngay khi xuất hiện sự cố, cần quan sát quá trình lắng, kiểm tra tình trạng bùn và các thông số vận hành để khoanh vùng nguyên nhân trước khi xử lý. Cách tiếp cận này giúp hạn chế những điều chỉnh không cần thiết và giảm khả năng sự cố tiếp tục tái diễn.
